Carga útil de satélite reconfigurable para procesamiento analógico de señales de radiofrecuencia.

Sistema reconfigurable para el procesamiento analógico de señales de radiofrecuencia recibidas en unapluralidad de bandas de enlace ascendente y señales de radiofrecuencia para su transmisión en unapluralidad de bandas de enlace descendente en un sistema de comunicaciones por satélite,

que comprendemedios para convertir de manera descendente señales recibidas en la pluralidad de bandas de enlaceascendente a una banda de primera frecuencia intermedia (IF1) común seleccionada previamente;

medios para encaminar las señales;

medios de filtro ágil que comprenden al menos un filtro variable, estando los medios de filtro ágil adaptadospara seleccionar una o más señales de primer canal de frecuencia a partir de las señales encaminadas,para amplificar y proporcionar control de ganancia automático de las señales de primer canal de frecuenciaseleccionadas y para trasladar la una o más señales de primer canal de frecuencia seleccionadas a una omás señales de segundo canal de frecuencia dentro de una banda de segunda frecuencia intermedia (IF2)común seleccionada previamente; y

medios para convertir de manera ascendente las señales de frecuencia trasladadas a una o más bandas deenlace descendente apropiadas,

en el que pueden controlarse los medios de filtro ágil para permitir una reconfiguración en órbita delsistema.

Carga útil de satélite reconfigurable para procesamiento analógico de señales de radiofrecuencia La presente invención se refiere al campo de los satélites de comunicación de múltiples haces y, en particular, a mejorar la flexibilidad de las cargas útiles de satélites de comunicaciones.

Se espera que los servicios de difusión y de punto a punto fijos en la banda C (4-6 GHz) y la banda Ku (11-18 GHz) comprendan el grueso del tráfico de comunicaciones por satélite en el futuro inmediato. Recientemente, sin embargo, se han propuesto sistemas por satélite comerciales para su uso en el espectro de la banda Ka (20-30 GHz) . De manera convencional, se han adaptado las arquitecturas de carga útil a las necesidades especificas del cliente, definiendo el operador del satélite cualquier flexibilidad específica que se requiera en el sentido de poder seleccionar una conectividad de canales especificos desde áreas de cobertura. Una vez especificada esta flexibilidad, no es posible ajustarla fácilmente sin afectar al diseño, planificación y coste del satélite. Esto significa que el equipamiento especifico está limitado, en cierta medida, a determinadas aplicaciones y no es rentable optimizarlo para otras aplicaciones. La vida útil de funcionamiento de un satélite de comunicaciones es normalmente de aproximadamente 15 años, lo que presenta una restricción importante para los operadores si no puede ajustarse el rendimiento de su satélite para satisfacer la demanda del mercado en evolución a lo largo de este periodo de tiempo. Una competencia fuerte respecto a los proveedores de servicio terrestre significa que los operadores de satélites ahora están exigiendo soluciones más flexibles que permitan acompasar los recursos de un satélite a lo largo de su vida útil con las necesidades del mercado en evolución.

La mayoría de satélites de comunicaciones comerciales operan dentro de la órbita geoestacionaria y debe tenerse mucho cuidado al diseñar el plan de frecuencias del satélite y al asignar posiciones orbitales para garantizar una interferencia mínima entre diferentes usuarios. Los transpondedores de satélite reciben normalmente señales dentro de una banda de frecuencia, procesan estas señales y luego las retransmiten de vuelta a la Tierra dentro de otra banda de frecuencia. Sólo pueden usarse determinadas bandas de radiofrecuencia (RF) , asignándose subbandas diferentes para las señales hacia y desde el satélite. Estas subbandas se dividen adicionalmente en canales, estando cada canal separado en frecuencia y teniendo un ancho de banda típico de unas pocas decenas de MHz.

La función básica de un transpondedor de comunicaciones por satélite se muestra en la figura 1. Una señal recibida débil se pasa desde la antena 1 a un amplificador 2 de ruido bajo. El canal de interés se selecciona por el filtro 3 y luego se cambia a la banda de enlace descendente apropiada por un convertidor 4 descendente. El amplificador 5 proporciona suficiente ganancia para que se transmita a la Tierra a través de la antena 6. Este único proceso de conversión es el más económico en cuanto a hardware requerido y es adecuado para aplicaciones en las que sólo hay unas cuantas combinaciones de encaminamiento entre frecuencias de enlace ascendente y de enlace descendente.

Ahora muchos operadores requieren un único satélite para manejar el tráfico de enlace ascendente en muchas bandas y dirigirlo a muchas bandas de enlace descendente diferentes. En este caso, es común que los transpondedores empleen una conversión de frecuencia doble, realizándose el filtrado y encaminamiento de canal a una frecuencia intermedia (IF) . La selección y traslación de las diversas frecuencias se especifica en un plan de frecuencias y la figura 2 muestra un ejemplo típico. Algunos planes pueden ser simples, pero cuando los operadores sustituyen satélites antiguos y consolidan sus servicios en únicos satélites de alto rendimiento, los planes de frecuencias se vuelven más complejos. A medida que estos planes se vuelven más complejos, se vuelve cada vez más difícil seleccionar una IF apropiada de manera que los armónicos de oscilador local y los productos de mezcla espurios de cada conjunto de conversiones no se traduzcan como interferencia en bandas deseadas.

La potencia y masa de los satélites son muy valiosas y las arquitecturas de carga útil convencionales tienen el objetivo de minimizar la cantidad de equipamiento requerido para cumplir con el plan de frecuencias particular. Una arquitectura de carga útil típica se muestra en la figura 3, con la funcionalidad de filtrado y encaminamiento implementada en una red de conmutación fija. El aumento de la complejidad de la red de conmutación puede conferir un grado limitado de flexibilidad en cuanto a qué señales de enlace ascendente se encaminan a un enlace descendente particular, pero esto se vuelve rápidamente poco rentable en la mayoría de aplicaciones.

Desarrollos recientes en la tecnología de procesamiento de señales digitales han hecho que sea viable realizar todo el filtrado de canal y el encaminamiento de señales dentro de un procesador digital. Sin embargo, en aplicaciones espaciales, las limitaciones en el consumo de potencia y la velocidad de conversión analógico-digital han significado que sólo puedan procesarse señales con un ancho de banda de entrada de hasta 100 MHz. Esto ha resultado ser adecuado para comunicaciones móviles de alto rendimiento a través de satélite y sistemas militares de alta seguridad.

Sin embargo, con el fin de manipular las señales de ancho de banda superior contempladas actualmente, puede ser necesario conectar varias cadenas de procesamiento digital en paralelo, realizándose un procesamiento previo de la señal de entrada mediante medios analógicos de modo que cada cadena de procesamiento digital sólo reciba hasta 100 MHz.

En la figura 4 se muestra un diagrama de bloques funcional que representa una carga útil de satélite procesada digitalmente. En una fase de procesamiento previo, las partes del espectro de RF de enlace ascendente se convierten en frecuencia y se acondicionan a frecuencias de banda base que se digitalizan para la fase de procesamiento de señales digitales. En la fase de procesamiento posterior, las señales digitales procesadas se convierten en señales analógicas, se convierten en frecuencia y se encaminan a la trayectoria de antena de enlace descendente apropiada. Estas fases de procesamiento previo y posterior tienen requisitos muy exigentes en cuanto a filtrado de canal y seguimiento de fase, que se rigen principalmente por la necesidad de lograr una formación de haz digital y un procesamiento de dominio de frecuencia no ambiguo.

Los procesadores de señales digitales pueden realizar manipulaciones de señal muy precisas tales como demodulación o filtrado de banda muy estrecha (por ejemplo seleccionando canales de voz de 5 kHz individuales dentro de una banda amplia) . Tal como se ilustra en la figura 5, las señales de interés se filtran de las bandas de enlace ascendente principales, se convierten de manera descendente en frecuencia y se presentan al procesador en la banda base (CC a aproximadamente 140 MHz) . Por ejemplo, una única llamada telefónica puede llegar al procesador desde un enlace ascendente de banda C que se origina en un país y dirigirse a una banda de enlace descendente que da servicio a un país diferente. Se agruparían en frecuencia muchas llamadas telefónicas diferentes, que se originan en países diferentes, para una transmisión posterior al país de destino común. El procesador clasifica entonces los canales dentro de su banda de entrada y los presenta en la salida en el bloque de frecuencia apropiado, listos para una conversión ascendente a la frecuencia de enlace descendente elegida.

Si las señales de interés son de banda relativamente amplia, tales como transmisiones de TV, entonces el procesamiento digital puede no ser económico. En tales casos, la selección necesaria y el encaminamiento de señales se realizan comúnmente por filtros y conmutadores que pueden operar eficazmente a una frecuencia intermedia relativamente baja (procesamiento de IF) .

Un método para alcanzar el nivel deseado de flexibilidad se describe en la patente estadounidense n.o 4.228.401, en el que se facilitan interconexiones de haz reconfigurables a través del uso de filtros de paso de banda, teniendo cada una un ancho de banda variable y frecuencias centrales variables. Los filtros están dispuestos en grupos, dejando pasar cada filtro dentro del grupo una parte seleccionada de la banda de frecuencia de la señal recibida. Dentro de cada filtro, se realizan dos traslaciones de frecuencia sucesivas de la señal y puesto que puede variarse el ancho de banda y la frecuencia central... [Seguir leyendo]

1. Sistema reconfigurable para el procesamiento analógico de señales de radiofrecuencia recibidas en una pluralidad de bandas de enlace ascendente y señales de radiofrecuencia para su transmisión en una pluralidad de bandas de enlace descendente en un sistema de comunicaciones por satélite, que comprende medios para convertir de manera descendente señales recibidas en la pluralidad de bandas de enlace ascendente a una banda de primera frecuencia intermedia (IF1) común seleccionada previamente;

medios para encaminar las señales;

medios de filtro ágil que comprenden al menos un filtro variable, estando los medios de filtro ágil adaptados para seleccionar una o más señales de primer canal de frecuencia a partir de las señales encaminadas, para amplificar y proporcionar control de ganancia automático de las señales de primer canal de frecuencia seleccionadas y para trasladar la una o más señales de primer canal de frecuencia seleccionadas a una o más señales de segundo canal de frecuencia dentro de una banda de segunda frecuencia intermedia (IF2) común seleccionada previamente; y

medios para convertir de manera ascendente las señales de frecuencia trasladadas a una o más bandas de enlace descendente apropiadas,

en el que pueden controlarse los medios de filtro ágil para permitir una reconfiguración en órbita del sistema.

2. Sistema reconfigurable según la reivindicación 1, en el que los medios de filtro ágil se controlan para seleccionar canales de frecuencia primero y segundo apropiados dependiendo de los requisitos del sistema en un momento particular.

3. Sistema reconfigurable según la reivindicación 1, en el que el o cada uno del al menos un filtro variable comprende convertidores de frecuencia variable y dos filtros fijos.

4. Sistema reconfigurable según cualquier reivindicación anterior, en el que el al menos un filtro variable presenta un ancho de banda variable y una frecuencia central variable.

5. Sistema reconfigurable según cualquier reivindicación anterior, en el que el al menos un filtro variable emplea síntesis fraccional N.

6. Sistema reconfigurable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el al menos un filtro variable emplea síntesis digital directa.

7. Sistema reconfigurable según cualquier reivindicación anterior, en el que los segundos canales de frecuencia ocupan posiciones equivalentes dentro de la banda de segunda frecuencia intermedia común a los primeros canales de frecuencia dentro de la banda de primera frecuencia intermedia común.

8. Sistema reconfigurable según cualquier reivindicación anterior, en el que las bandas de frecuencia intermedia primera y segunda comunes se seleccionan para minimizar la conversión de las señales de enlace ascendente y enlace descendente.

9. Sistema reconfigurable según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la banda de primera frecuencia intermedia común se selecciona de un intervalo de frecuencias correspondiente a una de la pluralidad de bandas de enlace ascendente y la banda de segunda frecuencia intermedia común se selecciona de un intervalo de frecuencias correspondiente a una de la pluralidad de bandas de enlace descendente.

10. Sistema reconfigurable según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la banda de primera frecuencia intermedia común y las bandas de segunda frecuencia intermedia comunes se seleccionan de un intervalo de frecuencias correspondiente a una de la pluralidad de bandas de enlace ascendente o una de la pluralidad de bandas de enlace descendente.

11. Sistema reconfigurable según la reivindicación 9, en el que la banda de primera frecuencia intermedia (IF1) común se sitúa en el intervalo de 5, 75 a 6, 8 GHz y la banda de segunda frecuencia intermedia (IF2) común se sitúa en el intervalo de 3, 4 a 4, 2 GHz.

12. Sistema reconfigurable según la reivindicación 10, en el que las bandas de frecuencia intermedia tanto primera como segunda (IF1 e IF2) comunes se sitúan en el intervalo de 3, 4 a 4, 2 GHz.

13. Sistema reconfigurable según la reivindicación 9, en el que la banda de primera frecuencia intermedia (lF1) común se sitúa en el intervalo de 7, 9 a 8, 4 GHz y la banda de segunda frecuencia intermedia (IF2) común se sitúa en el intervalo de 7, 25 a 7, 75 GHz .

.

14. Sistema reconfigurable según la reivindicación 9, en el que la primera frecuencia intermedia (lF1) se sitúa en el intervalo de 0, 304 a 0, 318 GHz y la segunda frecuencia intermedia (IF2) se sitúa en el intervalo de 0, 2431 a 0, 2569 GHz, o en el que la banda de primera frecuencia intermedia (IF1) común se sitúa en el intervalo de 14 a 14, 5 GHz y 10

la banda de segunda frecuencia intermedia (IF2) común se sitúa en el intervalo de 11, 7 a 12, 2 GHz.

15. Sistema reconfigurable según la reivindicación 10, en el que las bandas de frecuencia intermedia tanto primera como segunda (IF1 e IF2) comunes se sitúan en el intervalo de 7, 25 a 7, 75 GHz.

16. Sistema reconfigurable según la reivindicación 10, en el que las bandas de frecuencia intermedia tanto primera como segunda (IF1 e IF2) comunes se sitúan en el intervalo de 11, 7 a 12, 2 GHz, o en el que las bandas de frecuencia intermedia tanto primera como segunda (IF1 e IF2) comunes se sitúan en el intervalo de 0, 2431 a 0, 2569 GHz. 20

17. Carga útil de satélite que comprende un sistema reconfigurable según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

Fig.1.

3 4 6

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LO

Fig.9.

1. --_·_·_--

Fig.2.. 5, 859 (JHz 14, 25GHz 14, 50GHz

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-etf "CI" ""'Ii ""'l'I"'''''¡'''':?

- r--r-, --r-.. ...... T""" j J I I I

Enlaces ascendentes Ancho de banda MHZ

4, 200GHz

Enlaces descendentes de banda e tr: 2.225GHz

3,

.........

.........

10.95 Banda D 12, 75GHz

l.t") ~~:g::2'~c:q.tCt<:q""':.

C'Y N N C"\I C'\I

... -.....

f 1

36 36 36 36 36 fT =8, 5OooHz ~

(.O

c..r

......

Enlaces descendentes de banda Ku 72 72 72

c

e: (

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C")

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U

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e: (

Fig.4.

RF IF BB IF RF

FWO

DSP

Antena de

Antena de Tx

Rx

......

S/S S/S

w +

+ proces~d9r previo Procesador posterior HPA

LNA

•

§~~ ~::~ t f ~+

t

I

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Procesador integrado I

L--___....____............._ ........... ___.______iIlIlwM.;r.". ._..... ______...... _~

Fig.5.

Banda e Banda Ku Banda ka Elegid-ª.

Fig.6.

Conjunto de convertidor ascendente ágil deFig.7. --"""1 Receptor de banda Ku IEncaminamiento integrada único canal integrado MPM de banda Ku -. de 18/4 GHz de banda C yequipos (SCACE) linealizado Red de .......

Vl

Receptor de banda Ku de 14/4 GHz

___ 1 Receptor de banda C

r-----J ~ de 614 GHz

aux. conmutable FGU redundante dual

Fig.8.

Banda Ka (306Hz) IDA

Banda C (68Hz) lNA Banda Ku (14GHz) IDA

AlOA

iJ

.........

0'1

f--;:~;;-~HP~~-~-----_:--------~:~;-:-5:i5i~Lii21

¡ ~~ti 1 I

Conversión descendente , .. . \. . IndePli

. endlentemente variable en

¡ LPF/876 a 986 MHz etapas de 100 kHz t ~/en etapas de 100 kHz , ...yr1L031A

:;m I Ja , ... i í ~876 a 986 MHz ~

I en etapas de 100 kHz I

I . !

¡ t0291~:B-HPF j

'-!TeJ~~lg~ía__ / ~ 3, 157"e (105!____.1

~ __________.___________________________________________2, 371 a .......

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Fig.8 (Cont.)

SCACE

FP2 -Plan de frecuencias 22, 0